O fóton é uma partícula muito curiosa. Vamos
analisar algumas de suas propriedades.
Provavelmente, suspeitamos hoje, essa seja a única partícula
encontrada livre no Universo sem massa. Na verdade, os gluons, partículas
que assim como o fóton são associadas a um força,
também têm massa zero, mas não podem ser encontrados
livremente. Apesar de não ter massa tem energia. Isso porque
o fóton tem uma quantidade de movimento p
= quantidade
de movimento então,
sua energia, de acordo com a Teoria da Relatividade de Einstein,
é dada por
onde
é a velocidade da luz.
Outra conseqüência do fato de que o fóton não
tem massa é que ele não interage gravitacionalmente
e, portanto, passa próximo dos corpos massivos sem se desviar.
Para ser bem preciso, ele acaba se desviando um pouco e isso tem
relação com a Teoria da Relatividade Geral de Einstein.
Esta é outra propriedade interessante do fóton. Isso
quer dizer apenas que ele não é atraído ou
repelido por ímãs ou por objetos eletrizados. O fóton
é indiferente (do ponto de vista da força exercida
sobre ele) à interação eletromagnética.
O fóton viaja mais rápido do que qualquer outra partícula.
Só eventuais outras partículas sem massa (como o neutrino)
têm velocidade igual à do fóton.
A velocidade de qualquer fóton (não importa sua energia)
é aproximadamente (utiliza-se para a velocidade da luz o
símbolo c)
Como o fóton viaja sem interação, quer seja
eletromagneticamente ou gravitacionalmente, pode-se prever que o
fóton não se desvia do seu caminho enquanto viaja.
Ele deve, portanto, propagar-se em linha reta. Como a luz é
composta por fótons, podemos agora afirmar:
A luz se propaga em linha reta.
Este é, na verdade, um dos princípios básicos
da óptica geométrica.
Essas propriedades seguem da Teoria da Relatividade Especial de
Einstein. O fato de a velocidade da luz ser a velocidade limite
significa que não existe na natureza nenhum objeto cuja velocidade
exceda a velocidade da luz. Portanto, deve seguir daí que
O fóton detém o recorde universal de velocidade.
Será isso verdade? Continuamos suspeitando que Einstein tenha
razão. Até hoje, não se detectaram (ou se encontraram)
partículas mais velozes do que o fóton. Admite-se,
de acordo com Einstein, apenas um empate (velocidade igual à
velocidade da luz). Dá-se o nome de tachyons às eventuais
partículas mais velozes do que a luz. Existem teorias para
descrevê-las. Mas o fato é que até hoje não
foram encontradas. Então Einstein continua tendo razão
nesse ponto.
O fato de que a maior velocidade no Universo é essa do fóton
(300.000 km/s), leva-nos a afirmar que essa é a velocidade
máxima que temos à nossa disposição
para enviar (ou receber) informações. Isso tem conseqüências
muito profundas. Se você quiser enviar uma mensagem até
a estrela mais próxima (uma das de Alfa de Centauro), o tempo
mínimo para o envio da mensagem e o recebimento da resposta
é de 8,6 anos. Para as estrelas mais longínquas seria
de milhões ou bilhões de anos (é melhor esquecer
a mensagem). De qualquer forma, isso é apenas para lembrar
que, ao receber a luz de uma estrela aqui na Terra hoje, essa luz
foi produzida (na estrela) há muitos anos atrás. Hoje,
provavelmente a estrela até mesmo já tenha se apagado
e, com certeza, não está exatamente no ponto em que
parece estar, pois durante o tempo da viagem a estrela se movimentou.
E se, por acaso, existirem partículas mais velozes do que
o fóton? Bem, nesse caso, teríamos um meio mais eficiente
de comunicação, é claro. E a teoria de Einstein
teria que ser modificada. A questão ainda não está
resolvida.
Estamos agora diante de outra coisa surpreendente a respeito dessas
partículas.
Para entendermos isso, consideremos as partículas ordinárias,
ou melhor, um grande número delas. Consideremos uma bola
(sim, uma bola grande). Digamos que essa bola deslize num vagão
de um trem a uma velocidade de 20 km por hora na mesma direção
do deslocamento do trem que tem uma velocidade de 80 km.
Qual a velocidade da bola para quem está fora, parado, olhando
o trem passar? A resposta é a adição de velocidades
Temos,
portanto, que a velocidade da bola fora do trem é de 100
km, pois devemos somar as duas velocidades.
Agora vamos fazer a mesma experiência com os fótons.
Vamos substituir a bola pelos fótons. Qual é a velocidade
dos fótons? Seria
mas
não é!!
A velocidade dos fótons fora do trem é a mesma que
dentro do trem.
Einstein, sabe-se lá como!!, intuiu que para os fótons
(na verdade ele se referia à luz) é diferente. Para
ele a velocidade da luz é absoluta. Isto é, não
depende do sistema de referências. Isto vale apenas para sistemas
de referências ditos inerciais. Isto é, sistemas que
se desloquem, uns em relação aos outros com velocidade
constante. Podemos afirmar que
Os fótons têm a mesma velocidade para qualquer sistema
inercial.
|
